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側(cè)入式攪拌器

  • 所屬分類 :
    攪拌器
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  • 發(fā)布時(shí)間 : 2022-12-25
  • 詳細(xì)介紹

攪拌器

使液體、氣體介質(zhì)強(qiáng)迫對流并均勻混合的器件。攪拌器的類型、尺寸及轉(zhuǎn)速,對攪拌功率在總體流動(dòng)和湍流脈動(dòng)之間的分配都有影響。一般說來,渦輪式攪拌器的功率分配對湍流脈動(dòng)有利,而旋槳式攪拌器對總體流動(dòng)有利。對于同一類型的攪拌器來說,在功率消耗相同的條件下,大直徑、低轉(zhuǎn)速的攪拌器,功率主要消耗于總體流動(dòng),有利于宏觀混合。小直徑、高轉(zhuǎn)速的攪拌器,功率主要消耗于湍流脈動(dòng),有利于微觀混合。攪拌器的放大是與工藝過程有關(guān)的復(fù)雜問題,至今只能通過逐級(jí)經(jīng)驗(yàn)放大,根據(jù)取得的放大判據(jù),外推至工業(yè)規(guī)模。

粘度是指流體對流動(dòng)的阻抗能力,其定義為:液體以1cm/s的速度流動(dòng)時(shí),在每1cm2平面上所需剪應(yīng)力的大小,稱為動(dòng)力粘度,以Pa·s為單位。 粘度是流體的一種屬性。流體在管路中流動(dòng)時(shí),有層流、過渡流、湍流三種狀態(tài),攪拌設(shè)備中同樣也存在這三種流動(dòng)狀態(tài),而決定這些狀態(tài)的主要參數(shù)之一就是流體的粘度。 在攪拌過程中,一般認(rèn)為粘度小于5Pa/s的為低粘度流體,例如、蓖麻油、飴糖、果醬、蜂蜜、潤滑油重油、低粘乳液等;5-50Pa/s的為中粘度流體,例如油墨、牙膏等;50-500Pa/s的為高粘度流體,例如口香糖、增塑溶膠、固體燃料等;大于500Pa/s的為特高粘流體例如:橡膠混合物、塑料熔體、有機(jī)硅等。 對于低粘度介質(zhì),用小直徑的高轉(zhuǎn)速的攪拌器就能帶動(dòng)周圍的流體循環(huán),并至遠(yuǎn)處。而高粘度介質(zhì)的流體則不然,需直接用攪拌器來推動(dòng)。 適用于低粘和中粘流體的葉輪有槳式、開啟渦輪式、推進(jìn)式、長薄葉螺旋槳式、圓盤渦輪式、布魯馬金式、板框槳式、三葉后彎式、MIG式等。適用于高粘和特高粘流體的葉輪有螺帶式葉輪、螺桿式、錨式、框式、螺旋槳式等。有的流體粘度隨反應(yīng)進(jìn)行而變化,就需要用能適合寬粘度領(lǐng)域的葉輪,如泛能式葉輪等。

類型

①旋槳式攪拌器

由2~3片推進(jìn)式螺旋槳葉構(gòu)成(圖2),工作轉(zhuǎn)速較高,葉片外緣的圓周速度一般為5~15m/s。旋槳式攪拌器主要造成軸

向液流,產(chǎn)生較大的循環(huán)量,適用于攪拌低粘度 (<2Pa·s)液體、乳濁液及固體微粒含量低于10%的懸浮液。攪拌器的轉(zhuǎn)軸也可水平或斜向插入槽內(nèi),此時(shí)液流的循環(huán)回路不對稱,可增加湍動(dòng),防止液面凹陷。

②渦輪式攪拌器

由在水平圓盤上安裝2~4片平直的或彎曲的葉片所構(gòu)成。

 

渦輪式攪拌器

槳葉的外徑、寬度與高度的比例,一般為20:5:4,圓周速度一般為 3~8m/s。渦輪在旋轉(zhuǎn)時(shí)造成高度湍動(dòng)的徑向流動(dòng),適用于氣體及不互溶液體的分散和液液相反應(yīng)過程。被攪拌液體的粘度一般不超過25Pa·s。

③槳式攪拌器

有平槳式和斜槳式兩種。平槳式攪拌器由兩片平直槳葉構(gòu)成。槳葉直徑與高度之比為 4~10,圓周速度為1.5~3m/s,所產(chǎn)生的徑向液

斜槳式攪拌器

流速度較小。斜槳式攪拌器(圖4)的兩葉相反折轉(zhuǎn)45°或60°,因而產(chǎn)生軸向液流。槳式攪拌器結(jié)構(gòu)簡單,常用于低粘度液體的混合以及固體微粒的溶解和懸浮。

④錨式攪拌器

槳葉外緣形狀與攪拌槽內(nèi)壁要一致(圖5),其間有很小間隙,可清除附在槽壁上的粘性反應(yīng)產(chǎn)物或堆積于槽底的固體物,保持較好的傳熱效果。槳葉外緣的圓周速度為:0.5~1.5m/s,可用于攪拌粘度高達(dá) 200Pa·s的牛頓型流體

錨式攪拌器

和擬塑性流體(見粘性流體流動(dòng)。唯攪拌高粘度液體時(shí),液層中有較大的停滯區(qū)。

⑤螺帶式攪拌器

螺帶的外徑與螺距相等,用于攪拌高粘度液體(200~500Pa·s)及擬塑性流體,通常在層流狀態(tài)下操作。

⑥磁力攪拌器

Corning數(shù)字式加熱器帶有一個(gè)閉路旋鈕來監(jiān)控與調(diào)節(jié)攪拌速度。微處理器自動(dòng)調(diào)節(jié)馬達(dá)動(dòng)力去適應(yīng)水質(zhì)、粘性溶液與半固體溶液

⑦磁力加熱攪拌器

Corning數(shù)字式加熱攪拌器帶有可選的外部溫度控制器 (Cat. No. 6795PR) ,他們還可以監(jiān)控與控制容器中的溫度。

⑧折葉式攪拌器

根據(jù)不同介質(zhì)的物理學(xué)性質(zhì)、容量、攪拌目的選擇相應(yīng)的攪拌器,對促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)速度、提高生產(chǎn)能起到很大的作用。折葉渦輪攪拌器一般適應(yīng)于氣、液相混合的反應(yīng),攪拌器轉(zhuǎn)數(shù)一般應(yīng)選擇300r/min以上。

⑨變頻雙層攪拌器

變頻攪拌器的底座、支桿、電動(dòng)機(jī)使用技術(shù)固定為一體。無松動(dòng)、無搖擺、不會(huì)脫落,可靠。鍍鉻支桿,下粗上細(xì),鋼性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)合理。具有移動(dòng)方便,重量輕等優(yōu)點(diǎn)。適合各類小型容器。

⑩側(cè)入式攪拌機(jī)

側(cè)入式攪拌機(jī)是將攪拌裝置安裝在設(shè)備筒體的側(cè)壁上,攪拌機(jī)上的攪拌器通常采用軸流型,以推進(jìn)式攪拌器為多,在消耗同等功率情況下,能得到好的攪拌效果,功率消耗僅為頂攪拌的1/3~2/3,成本僅為頂攪拌的1/4~1/3。轉(zhuǎn)速可在200~750r/min。
  廣泛用于脫硫、除硝以及各種大型貯罐或貯槽的攪拌。特別是在大型貯槽或貯罐中利用一臺(tái)或多臺(tái)側(cè)入式攪拌機(jī)一起工作,在消耗低能耗的情況下便可以得到良好的攪拌效果。

攪拌功率

攪拌器向液體輸出的功率P,按下式計(jì)算:

P=Kd5N3ρ

式中K為功率準(zhǔn)數(shù),它是攪拌雷諾數(shù)Rej(Rej=d2Nρ/μ)的函數(shù);d和N 分別為攪拌器的直徑和轉(zhuǎn)速;ρ和μ分別為混合液的密度和粘度。對于一定幾何結(jié)構(gòu)的攪拌器和攪拌槽,K與Rej的函數(shù)關(guān)系可由實(shí)驗(yàn)測定,將這函數(shù)關(guān)系繪成曲線,稱為功率曲線(圖7)。

攪拌功率的基本計(jì)算方法

理論上雖然可將攪拌功率分為攪拌器功率和攪拌作業(yè)功率兩個(gè)方面考慮,但在實(shí)踐中一般只考慮或主要考慮攪拌器功率,因攪拌作業(yè)功率很難予以準(zhǔn)確測定,一般通過設(shè)定攪拌器的轉(zhuǎn)速來滿足達(dá)到所需的攪拌作業(yè)功率。從攪拌器功率的概念出發(fā),影響攪拌功率的主要因素如下。

① 攪拌器的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行參數(shù),如攪拌器的型式、槳葉直徑和寬度、槳葉的傾角、槳葉數(shù)量、攪拌器的轉(zhuǎn)速等。

② 攪拌槽的結(jié)構(gòu)參數(shù),如攪拌槽內(nèi)徑和高度、有無擋板或?qū)Я魍?、擋板的寬度和?shù)量、導(dǎo)流筒直徑等。

③ 攪拌介質(zhì)的物性,如各介質(zhì)的密度、液相介質(zhì)黏度、固體顆粒大小、氣體介質(zhì)通氣率等。

由以上分析可見,影響攪拌功率的因素是很復(fù)雜的,一般難以直接通過理論分析方法來得到攪拌功率的計(jì)算方程。因此,借助于實(shí)驗(yàn)方法,再結(jié)合理論分析,是求得攪拌功率計(jì)算公式的惟一途徑。

由流體力學(xué)的納維爾-斯托克斯方程,并將其表示成無量綱形式,可得到無量綱關(guān)系式(11-14)。

Np=P/ρN³dj5=f(Re,F(xiàn)r)

式中Np——功率準(zhǔn)數(shù)

Fr——弗魯?shù)聰?shù),F(xiàn)r=N²dj/g;

P——攪拌功率,W。

式(11-14)中,雷諾數(shù)反映了流體慣性力與粘滯力之比,而弗魯?shù)聰?shù)反映了流體慣性力與重力之比。實(shí)驗(yàn)表明,除了在Re﹥300的過渡流狀態(tài)時(shí),F(xiàn)r數(shù)對攪拌功率都沒有影響。即使在Re﹥300的過渡流狀態(tài),F(xiàn)r數(shù)對大部分的攪拌槳葉影響也不大。因此在工程上都直接把功率因數(shù)表示成雷諾數(shù)的函數(shù),而不考慮弗魯?shù)聰?shù)的影響。

由于在雷諾數(shù)中僅包含了攪拌器的轉(zhuǎn)速、槳葉直徑、流體的密度和黏度,因此對于以上提及的其他眾多因素必須在實(shí)驗(yàn)中予以設(shè)定,然后測出功率準(zhǔn)數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系。由此可以看到,從實(shí)驗(yàn)得到的所有功率準(zhǔn)數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系曲線或方程都只能在一定的條件范圍內(nèi)才能使用。明顯的是對不同的槳型,功率準(zhǔn)數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系曲線是不同的,它們的Np-Re關(guān)系曲線也會(huì)不同。

標(biāo)記示例直徑600mm,軸徑40mm的漿式攪拌器,標(biāo)記為攪拌器 600-40, HG5--220--65--5

選型:攪拌選型步驟分析介紹

攪拌裝置的設(shè)計(jì)選型與攪拌作業(yè)目的緊密結(jié)合。各種不同的攪拌過程需要由不同的攪拌裝置運(yùn)行來實(shí)現(xiàn),在設(shè)計(jì)選型時(shí)首先要根據(jù)工藝對攪拌作業(yè)的目的和要求,確定攪拌器型式、電動(dòng)機(jī)功率、攪拌速度,然后選擇減速機(jī)、機(jī)架、攪拌軸、軸封等各部件。共具體步驟方法如下:

1.按照工藝條件、攪拌目的和要求,選擇攪拌器型式,選擇攪拌器型式時(shí)應(yīng)充分掌握攪拌器的動(dòng)力特性和攪拌器在攪拌過程中所產(chǎn)生的流動(dòng)狀態(tài)與各種攪拌目的的因果關(guān)系。

2.按照所確定的攪拌器型式及攪拌器在攪拌過程中所產(chǎn)生的流動(dòng)狀態(tài),工藝對攪拌混合時(shí)間、沉降速度、分散度的控制要求,通過實(shí)驗(yàn)手段和計(jì)算機(jī)模擬設(shè)計(jì),確定電動(dòng)機(jī)功率、攪拌速度、攪拌器直徑。

3.按照電動(dòng)機(jī)功率、攪拌轉(zhuǎn)速及工藝條件,從減速機(jī)選型表中選擇確定減速機(jī)機(jī)型。如果按照實(shí)際工作扭矩來選擇減速機(jī),則實(shí)際工作扭矩應(yīng)小于減速機(jī)許用扭矩。

4.按照減速機(jī)的輸出軸頭和攪拌軸系支承方式選擇與相同型號(hào)規(guī)格的機(jī)架、聯(lián)軸器

5.按照機(jī)架攪拌軸頭尺寸、安裝容納空間及工作壓力、工作溫度選擇軸封型式

6.按照安裝形式和結(jié)構(gòu)要求,設(shè)計(jì)選擇攪拌軸結(jié)構(gòu)型式,并校檢其強(qiáng)度、剛度。

如按剛性軸設(shè)計(jì),在滿足強(qiáng)度條件下n/nk≤0.7

如按柔性軸設(shè)計(jì),在滿足強(qiáng)度條件下n/nk>=1.3

7.按照機(jī)架的公稱心寸DN、攪拌軸的擱軸型式及壓力等級(jí)、選擇安裝底蓋、凸緣底座或凸緣法蘭

8.按照支承和抗振條件,確定是否配置輔助支承。

在以上選型過程中,攪拌裝置的組合、配置可參考(攪拌裝置設(shè)計(jì)選擇流程示意圖),配置過程中各部件之間連接關(guān)鍵尺寸是軸頭尺寸,軸頭尺寸一致的各部件原則上可互換、組合。

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